DE2452269A1

DE2452269A1 - Gasdynamische druckwellenmaschine

Info

Publication number: DE2452269A1
Application number: DE19742452269
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Doerfler; Gert Dipl Ing Slavitschek
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: COMPREX AG BADEN AARGAU CH
Priority date: 1974-10-09
Filing date: 1974-11-04
Publication date: 1976-04-22
Also published as: DE2452269B2; AR207382A1; IN144532B; DK448575A; SE7511125L; SE427060B; CA1047465A; FR2287599A1; DE7436768U; RO69117A; PL109104B1; DE2452269C3; IT1043174B; ES441545A1; NO753356L; JPS5164605A; FR2287599B1; SU655338A3; HU171235B; CH599462A5

Description

120/74 DrW/Ca.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. Baden (Schweiz)

Gnsdynamische Druckwellenmaschine

Die Erfindung betrifft eine gasdynamische Druckwellenmaschine, deren Rotor im wesentlichen aus Welle und Zellenrad aufgebaut ist, wobei letzteres aus Nabe, Deckband und Zellenwänden besteht.

Es ist bekannt (CH-PS 529 915), zwecks Feinanpassung einer Druckwellenmaschine an verschiedene Betriebsbedingungen mehrere, gegeneinander auswechselbare Rotoren mit verschieden grossen axialen Durchtrittsflächen vorzusehen, indem entweder bei gleichbleibendem Deckbanddurchmesser der Nabendurchmesser abgestuft wird oder bei gleichbleibendem Nabendurchmesser der Deckbanddurchmesser abgestuft wird, während vor allem die komplizierten Seitenteile sowie die Hauptabmessungen für alle Varianten der einen Maschinengrösse die gleichen bleiben. Die Vorteile einer solchen Typisierung

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liegen auf der Hand, doch hat sich gezeigt, dass die Aenderung bloss eines Durchmessers zu einem uneinheitlichen Betriebsverhalten führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, für eine Druckwellenmaschine eine allgemein gültige Lehre für die konstruktive Gestaltung des Zellenrades zu finden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Hauptabmessungen des Zellenrades in einem unmittelbaren geometrischen Verhältnis zueinander und in Abhängigkeit vom Innendurchmesser D des Deckbandes stehen, indem der Aussendurchmesser d der Nabe

d = D / (1,5 ... 2) und die Länge L der Zellenwände

L = 1,1 D i 20 % beträgt.

Wird ein Zellenrad nach diesen Angaben bemessen, die für das kleinste wie für das grösste Rad gleicherweise gelten, so liegt es zumindest nahe dem erreichbaren Optimum. Wird eine der Grossen willkürlich nach oben oder unten geändert, so fällt die über diese Grosse aufgetragene Leistungskurve der Maschine nach beiden Seiten ab.

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Bei zu kleinem Nabendurchmesser werden die strömungstechnischen radialen Sekundäreffekte zu gross, was zu einem Kippen der Trennfronten führen kann. Auch soll in der Nabe genügend Platz für die Lagerung des Rotors vorhanden sein. Ferner ist die sich ergebende grosse Zellenwandhöhe festigkeitsmässig ungünstig.

Bei zu grossem Nabendurchmesser ist die Ausnutzung des Bauvolumens in radialer Richtung unbefriedigend.

Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn der Aussendurchmesser der Nabe d = D / (1,5 .... 2) ist.

Bei zu kleiner Zellenradlänge wirken sich die axialen Ungenauigkeiten der Prozessführung, wie Durchmischen von Luft und Gas oder das Kippen der Trennfront zu stark aus. Zur Abstimmung der Druckwellenlaufzeit wird die Umfangsgeschwindigkeit bezüglich der Eintrittsverluste im Zellenrad zu gross und auch die notwendige Antriebsleistung wird wegen der höheren Drehzahl grosser.

Bei zu grosser Zellenradlänge wird unnötig Material vergeudet. Auch wird der Wärmeaustausch an den Zellenwänden verstärkt, wodurch der Kompressionswirkungsgrad sinkt.

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Es muss hinsichtlich des Wärmeaustausches ein richtiger Mittelwert für die Baulänge gefunden werden. Die besten Werte für die Länge der Zellenwände liegen bei L = 1,1 D ί 20 fo.

Die vorhergehenden Darlegungen zeigen, dass für die Hauptabmessungen des Zellenrades bestimmte Werte einzuhalten sind, die im angegebenen Verhältnis zueinander stehen müssen, um sich nicht vom-erreichbaren Optimum zu sehr zu entfernen. Muss eine der Grossen geändert werden, so sind die anderen Grossen entsprechend anzupassen.

Anders verhält es sich mit der Anzahl der Zellenwände. Ob es sich um eine grosse oder um eine kleine Maschine handelt, die günstigste Zellenzahl ist immer die gleiche. Sie liegt für alle Maschinen zwischen 28 und 38, um nahe dem Optimum zu bleiben.

Bei zu kleiner Zellenzahl werden die Verluste zu gross, die einerseits beim Oeffnen und Schliessen der Zellen unvermeidlich auftreten, andererseits durch Druckausgleich in Querrichtung entstehen. Im letzteren Falle wird der Druckwellenprozess verschwommen und wertvolle Energie wird verwirbelt.

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Bei zu grosser Zellenzahl wird die Wärmeaufnahme der Luft und die Reibung an den Zellenwänden zu gross; die freie Durchtrittsfläche, oder anders ausgedrückt, das wirksame Zellenradvolumen wird zu klein. Mehr Zellenwände ergeben auch ein grösseres Rotorgewicht.

Druckwellenmaschinen mit gemäss der offenbarten Lehre ausgelegten Zellenrädern eignen sich bestens für eine Typisierung, wobei der Innendurchmesser des Deckbandes mit Vorteil nach einer Reihe gestuft ist. Die Maschinen einer solchen Typenreihe weisen ähnliche Kennfelder auf. Es ist zweckmässig, die Stufung, auch Typensprung genannt, so zu wählen, dass sich die Kennfelder benachbarter Maschinen noch im brauchbaren Betriebsbereich überdecken. Je grosser der Typensprung gewählt wird, desto schlechtere Ergebnisse sind an den Rändern des Betriebsbereiches zu erwarten. Für die Wahl der Typenreihe ist daher ein Kompromiss hinsichtlich nicht zu grosser Typenzahl und nicht zu breiter Kennfelder mit schlechten Ergebnissen an den Rändern zu treffen.

Um auch bei extrem gelagerten Fällen eine hinreichend gute Druckwellenmaschine aus der vorhandenen Typenreihe bereitstellen zu können, ist es notwendig, die Wahl des

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Typensprungs an den schlechten_s unelastischen Motoren zu orientieren, welche durch Druckwellenmaschinen aufgeladen werden und für die eine optimale Druckwellenmaschinen= grösse möglichst genau eingehalten werden muss. Dieser Forderung entspricht die Normzahlenreihe R HO gemäss DIN 323-

In der Zeichnung ist eine Druckwellenmaschine üblicher Bauart dargestellt, in welcher die oben behandelten Grossen eingetragen sind. Es zeigen

Fig. 1 eine Druckwellenmaschine in Axialschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Zellenrad der Fig. 1 nach der Linie II-II.

Nach Fig. 1 ist die Druckwellenmaschine im wesentlichen aus dem Gasgehäuse I₃ dem Luftgehäuse 2_S der Welle 3 und dem Zellenrad ¹I aufgebaut. Letzteres besteht aus der Nabe 5 mit dem Aussendurchmesser d, aus dem Deckband 6 mit dem Innendurchmesser D und aus den dreissig Zellenwänden 7, deren Anordnung aus Fig. 2 zu entnehmen ist.

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Claims

- 7 - 120/71» D Patentansprüche

1.) Gasdynamische Druckwellenmaschine, deren Rotor im wesentlichen aus Welle und Zellenrad aufgebaut ist, wobei letzteres aus Nabe, Deckband und Zellenwänden besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptabmessungen des Zellenrades (¹O in einem unmittelbaren geometrischen Verhältnis zueinander und in Abhängigkeit vom Innendurchmesser (D) des Deckbandes (6) stehen, indem der Aussendurchmesser (d) der Nabe (5)

d = D / (1,5 ...2)

und die Länge (L) der Zellenwände (7)

L = 1,1 D + 20 %

beträgt.

2. Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Zellenwände (7) minimal 28 und maximal 38 beträgt-,

3. Druckwellenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einer Reihe geometrisch ähnlicher Typen angehört, bei welcher der Innendurchmesser (D) des Deckbandes

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(6) nach einer Zahlenreihe gestuft ist»

Druckwellenmaschine nach Anspruch 3»~ dadurch gekennzeichnet _s dass der Durchmesser (D) nach der Normzahlenreihe R ho gestuft ist.

BBC Aktiengesellschaft
Brown j Boveri & Cie„

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